РАЗДЕЛ 2
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ОБНАРУЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, ПРИ АНАЛИЗЕ
РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ МАЛОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ
В АКУСТООПТИЧЕСКИХ АНАЛИЗАТОРАХ СПЕКТРА
Эффективность функционирования акустооптических анализаторов спектра определяется многими факторами. Одни из них связаны с особенностями протекания физических процессов в акустооптическом модуляторе и определяются акустооптическими свойствами кристалла. Другие характеризуются геометрией акустооптического взаимодействия и степенью согласованности элементов акустооптического анализатора спектра.
Большинство этих факторов удовлетворительно описываются существующей теорией акустооптического взаимодействия.
Однако в некоторых случаях теоретически предсказанные результаты не совпадают с экспериментальными данными. К таким случаям относится ситуация, когда энергия входного радиосигнала остается постоянной, его длительность становится меньше определенной величины, характерной для данного акустооптического модулятора. При этом амплитуда выходного сигнала акустооптического анализатора спектра становится значительно меньше расчетной.
Исходя из теоретического описания, амплитуда выходного сигнала с точностью до коэффициентов, учитывающих параметры элементов устройства, определяется энергией оптического сигнала, формируемого в плоскости фотоприемников, как результат дифракционного взаимодействия оптических и ультразвуковых волн в акустооптическом модуляторе и пространственно-частотного преобразования дифрагированного светового пучка, выполняемого Фурье-линзой. Следовательно, при уменьшении длительности радиолокационного сигнала и сохранении его энергии амплитуда выходного сигнала должна была бы оставаться постоянной.
Однако экспериментальные данные, приведенные в разделе 1, демонстрируют существенную зависимость амплитуды выходного сигнала от соотношения длительности входного радиосигнала и времени распространения ультразвукового импульса в акустооптическом модуляторе.
Для объяснения этого явления и выявления функциональной зависимости энергии оптического сигнала, принимаемой одной элементарной ячейкой линейного многоканального фотоприемника от длительности радиоимпульса необходимо более подробно рассмотреть особенности протекания физических процессов в акустооптическом анализаторе спектра, возникающие при уменьшении длительности входных радиосигналов.
Амплитуда выходного сигнала акустооптического анализатора спектра, как отмечалось в подразделе 1.4 (выражения (1.43) и (1.44)) описывается для двух случаев следующими выражениями:
. (2.1)
Отметим, что в случае в правую часть выражения для амплитуды выходного сигнала введена функция , описывающая нелинейный характер изменения амплитуды от длительности входного радиоимпульса.
В разделе 1 (п.1.5) было предложено задачу анализа факторов, приводящих к снижению качества обнаружения сигналов в выходной плоскости акустооптического анализатора спектра при уменьшении длительности входных радиосигналов, разделить на четыре частные задачи (задачи первой группы).
Исходя из выше изложенного, представляется целесообразным представить функцию в виде произведения четырех сомножителей - функций, каждый из которых характеризует изменение амплитуды выходного сигнала, вызванное одним явлением или одной особенностью функционирования спектроанализатора при уменьшении длительности входного радиосигнала, т.е.
, (2.2)
где - функция, характеризующая изменение амплитуды выходного сигнала, вызванное изменением пространственно-временного распределения оптических сигналов в плоскости фотоприемников акустооптических анализаторов спектра при уменьшении длительности входных радиосигналов;
- функция, характеризующая изменение амплитуды выходного сигнала, связанное с изменением длительности оптического сигнала на входе фотоприемника при уменьшении длительности радиосигнала;
- функция, характеризующая изменение амплитуды выходного сигнала, вызванное изменением коэффициента использования апертуры акустооптического модулятора при уменьшении длительности входных радиосигналов;
- функция, характеризующая изменение амплитуды выходного сигнала, связанное с изменением дифракционной эффективности акустооптического взаимодействия при уменьшении длительности радиоимпульса.
Определению вида этих функций и рассмотрению совместного влияния рассматриваемых эффектов на амплитуду выходного сигнала и, как следствие, на эффективность обнаружения сигналов в выходной плоскости акустооптического анализатора спектра при анализе коротких радиолокационных сигналов, посвящен данный раздел.
2.1. Пространственно-временное распределение сигнала на выходе фотоприемника акустооптического анализатора спектра
Мгновенное нахождение спектра Фурье в акустооптических анализаторах обеспечивает беспоисковый спектральный анализ и высокую вероятность перехвата как моноимпульсного радиоизлучения в метровом и дециметровом (а в перспективе - и до частот 10 ГГц) диапазонах, так и расширения полосы одновременно анализируемых частот до 60 % от несущей. При этом обеспечивается как высокая чувствительность при работе с квазинепрерывными сигналами, так и высокая разрешающая способность по частоте. Систематическое изложение теоретических аспектов работы акустооптических анализаторов спектра представлено в [14, 18].
В большинстве работ, посвященных рассмотрению оптических спектроанализаторов, время регистрации выбирается стремящимся к бесконечности (в предположении, что анализируемый сигнал допускает представление в виде обычного интеграла Фурье).
Однако в практических схемах и устройствах время регистрации принимает определенные значения, обусловленные особенностями конструкции и акустооптическими свойствами используемых материалов.
В данном подразделе рассмотрим пространственно-временное распределение выходного сигнала фотодетектора в некогерентном спектроанализаторе с пространственным интегрированием при анализе имп